Файл: Кутыркин, В. А. Расчет параметров некоторых систем подогрева нефтепродуктов учебное пособие для курсов ИТР.pdf

овальнее у судов, предназначенных для перевозки маловязких нефтепродуктов, демонтировать трубопровод в танках.

Барботаж воздухом является одним из видов интенсификации подогрева. Он основан на улучшении отдачи тепла поверхностны­ ми подогревателями в результате замены естественной^ тепловой конвекции принудительной циркуляцией нагреваемого продукта. Циркуляция создается за счет подачи газообразного агента под нагревательные элементы. Действуя как эрлифт, воздух подни­ мает частички нефтепродукта, увеличивая скорость его переме­ щения относительно подогревателей. В результате испытаний бы­ ли получены значения коэффициента теплопередачи в 1,5—3 раза больше, чем при естественной конвекции [22]. Кроме того, улуч­ шаются условия выгрузки за счет размыва данных слоев нефте­ продукта. Снижается величина «мертвых остатков».

Однако следует отметить, что применение барботажа приведет и к увеличению потерь тепла, вследствие ускорения движения жидкости у охлаждающих поверхностей, поэтому для ожидаемого повышения к. п. д. установки в целом нет достаточных оснований.

и испытана в производственных условиях на бункеровочной нефтестанции пр. 498 [9]. Положительным в электроподогреве мето­ дом голых шин является:

— хорошая равномерность подвода тепла, ввиду достаточно высокой относительной поверхности нагрева (порядка 0,054 м2/т), и практически одинаковой температуры нагревательных элемен­ тов;

—возможность использования на одних и тех же подогревате­ лях различных по мощности источников тока;

—отсутствие опасности обводнения нефтепродукта. Недостатки системы:

—- низкий к.п.д. в условиях оборудования на судне собствен­

ной энергетической установки;

— опасность в пожарном отношении при утечке тока, вследст­ вие появления случайных разрядов; утечкц^особенно велики при обводнении нефтепродукта, так как речная вода является хоро­ шим проводником тока;

— возможность разъедания металла корпуса судна блужда­ ющими токами.

- Длительная эксплуатация станции показала, что надежность такой системы подогрева низка. Подогрев на судне был заменен на традиционный паровой с трубчатыми элементами.

30

положенных в танках. К достоинствам данной системы следует отнести низкие затраты на топливо и установку оборудования. Однако применение ее затруднительно по следующим причинам:

— эксплуатация воздуходувки при высоких температурах га­ зов, засоренных механическими примесями, имеющими повышен­ ную химическую активность, протекает в исключительно тяжелых условиях; работоспособной воздуходувки для таких условий до сих пор не создано;

—в трубах возможно отложение сажи, что резко снижает коэффициент теплопередачи и вместе с тем эффективность си­ стемы;

—высокая неравномерность распределения тепла как по дли­ не трубы, так и по отдельным секциям, вследствие их возможного засорения и изменения сопротивления движению газов;

—попадание нефтепродукта в трубы полностью выводит подо­ грев из строя.

§ 2. Системы с концентрированными подогревателями, расположенными в массе нефтепродукта

— танки в меньшей степени загромождены элементами цагре-

ва;

—легко сделать систему разборной, что упрощает эксплуата­ цию и ремонт;

—упрощаются пути интенсификации теплообмена за счет по­ вышения коэффициента теплопередачи.

Установка концентрированных подогревателей всегда предпоч­ тительнее там, где физически приемлема, ибо она дешевле и удоб­ нее в эксплуатации. Но концентрированный подвод тепла не по­ зволяет осуществлять равномерный подогрев всей массы нефте­ продукта. Непрогретыми остаются, в основном, нижние удаленные от подогревателей объемы нефтепродукта, которые затем вообще не поддаются выгрузке. Использование таких подогревателей да­ же на судах, имеющих двойное дно, не может быть рекомендова­ но без создания дополнительных условий, обеспечивающих неко­

торое перемешивание (перемещение) масс нефтепродукта. Это до­ стигается различными способами.

Наиболее простым является подогрев «острым» паром. Отсут­ ствие необходимых систем или их неисправность на некоторых судах привело к тому, что в отдельных случаях подогрев прихо­ дится осуществлять паром, подводимым через металлические шланги и стояки с горизонтальными соплами непосредственно в массу нефтепродукта. Данная операция допустим а-%виду того, что мазуты можно сжигать при наличии в них 5— 10% воды. Время

31

предварительного подогрева «острым» паром, несмотря на то, что используется и тепло конденсата, не уменьшается. Наоборот, для обеспечения подогрева всей массы приходится подогревать мазут до более высоких температур, достигающих в конце выгрузки 70—75°С. Это приводит к повышению давления насыщенных па­ ров смеси нефтепродукт—вода и, в отдельных случаях, к резкому снижению подачи насосов. При подогреве «острым» паром достичь равномерного подогрева не удается, так как перемещение масс незначительно. В корпусе судна остается непрогретый нефтепро­ дукт. Естественно, что «мертвые остатки» здесь чаще всего превы­ шают нормы ГОСТа.

Другим примером является виброподогрев. Здесь в целях уве­ личения теплопередачи нагревательным элементам придается воз­ вратно-поступательное движение, за счет чего коэффициент тепло­ передачи возрастает в 10— 15 раз [3] по сравнению с неподвиж­ ными подогревателями. Очевидно, что для передачи одного и то­ го же количества тепла пропорционально может быть снижена поверхность нагрева, в результате чего подогреватели могут быть изготовлены легкими и компактными. Но вместе с этим высокая стоимость вибраторов, громоздкость системы, снижение к. п. д., связанное с дополнительной затратой энергии на работу вибрато­ ров, снижает эффективность системы в целом. Кроме того, пере­ мещение вибраторов не обеспечивает достаточного перемешива­ ния масс нефтепродукта. Практического применения на речном транспорте виброподогрев не нашел.

Более интенсивное движение нефтепродукта наблюдается при барботаже воздухом концентрированных подогревателей, а также механическом перемещении его с помощью винта или других на­ сосов. Однако этот факт имеет и свои отрицательные стороны, так как резко возрастают теплопотери, что ведет к снижению к. п.д. Эффективность рассматриваемых способов подогрева резко па- - дает в заключительный этап выгрузки—период зачистки, когда особенно важно ускорить подтекание нефтепродукта, а возмож­ ности повышения его теплосодержания отсутствуют.

§ 3. Системы подогрева с вынесенными теплообменниками

Здесь холодный нефтепродукт из танков прокачивается насо­ сом через вынесенный теплообменник, где его температура повы­ шается. Возвращаясь обратно, он передает тепло грузу, осуществ­ ляя тем самым подогрев. Приемный и выкидной трубопроводы располагаются, как правило, в противоположных концах танков. Это обеспечивает некоторое перемещение масс нефтепродукта и прогреваются удаленные слои. НаибоЛе изученной является си­ стема подогрева, установленная на танкере «Великий», где пред­ принята попытка утилизировать тепло выхлопных газов; техниче­ ские характеристики входящего в ее состав оборудования приве-

32

дены в работе [2J. Рассматриваемая установка требовала провер­ ки в следующих направлениях:

— влияние концентрированного подвода тепла на качество выгрузки и величину «мертвых остатков»;

— влияние сопротивления газового тракта теплообменников на работу двигателей;

— достаточность тепла выхлопных газов для подогрева неф­ тепродукта.

Четырехлетняя эксплуатация позволяет в определенной степе­ ни оценить работоспособность системы. Концентрированный под­ вод тепла, естественно, не способствует равномерному подогреву нефтепродукта, а влияние струй лишь незначительно расширяет границы распространения нагретых масс. Таким образом, следо­ вало ожидать образования значительных величин «мертвых остат­ ков». На практике этого не произошло. Во-первых, сказывается

сколько изменена технология выгрузки. В носовых танках практи­ чески до конца выгрузки сохраняется определенный объем нефте­

вует низкое значение коэффициента теплопередачи от днища к во­ де ввиду наличия двойного дна. Для судов, не имеющих его, за­ труднено получение положительного результата без дополнитель­

принципиального вопроса—приемлемости системы подогрева с кон­ центрированными вынесенными теплообменниками для речных судов. Конечно, проблема утилизации тепла силовой установки для подогрева имеет самостоятельное важное значение. Для ра­ нее рассмотренного варианта это оказалось технически трудно вы­ полнимым мероприятием. В подогревателе, расположенном доста­ точно близко к двигателю, утилизировать телпо значительно лег­ че. Уже предварительные расчеты показали, что запаса тепла вы­ хлопных газов достаточно для поддержания температуры нефте­ продукта на уровне 48—50°С. При этом утилизируется около 580 кВт тепла.

Измерения, выполненные совместно с теплопартией паро­ ходства «Волготанкер», показали, что подогрев мазута в теп-

33

лообменнике существенным образом зависит от состояния по­ верхности теплообмена. В трубах, не очищенных от сажи, тепло­ передача снижается на 27—40% (табл. 2).

Qu ■— подача циркуляционного насоса.

В целом при использовании выхлопных газов получаемое тепло соответствует тому минимуму, при котором возможна транспор­ тировка вязких нефтепродуктов.

Противодавление выхлопу в определенной мере влияет на ра­ боту двигателя внутреннего сгорания. С ростом его, во-первых, падает среднее эффективное давление. Сохранение внешней на­ грузки (работа на гребной винт при постоянных оборотах) приве­ дет в известный момент к недопустимой перегрузке, что при ис­ пользовании всережимного регулятора вызывает повышение тем­ пературы выхлопных газов. Это, практически, единственный (в данном случае) критерий допустимости эксплуатации двигателя. Величина же сопротивления выхлопного тракта не может слу­ жить таким критерием.

Допускаемая температура выхлопных газов для отдельных ци­ линдров двигателя 8ЫУД48А составляет [20] 400°С, при средней по цилиндрам 380°С. При испытании этого двигателя на танкере «Волгонефть-69М» (рис. 11) оказалось, что даже при противодав­ лении 1,25 м вод. ст. она не превышает рекомендуемой величины, а резкий рост ее намечается лишь при 1Д0— 1,29 м вод. ст.

34